DE1457146C - Vorrichtung zum Mischen von mindestens zwei stromungsfähigen Medien - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum feuerungstechnische Apparate, beispielsweise Gas-Mischen von mindestens zwei strömungsfähigen turbinen-Brennkammern, in denen ein Hauptströ-Medien, bestehend aus einem rohrförmigen Gehäuse mungsmedium, vorzugsweise Luft, mjt einem.Brennmit einer stirnseitigen Zuführung und einer Drall- stoff vermischt und zur Reaktion gebracht wird. Die Vorrichtung für ein Medium, mit einer an der gegen- 5 an der Innenwandung des Gehäuses entlangströüberliegenden Stirnseite des Gehäuses vorgesehenen, mende Luft nimmt hierbei am Vermischungsprozeß koaxial zu dieser wirkenden Einlaßöffnung für ein noch nicht teil, sondern dient der Kühlung dieser weiteres Medium und mit einer in einer zur Gehäuse- Wandung, so daß deren Verzunderung durch die achse senkrechten Ebene verlaufenden Entnahme- Flamme unterbunden wird. Diese bekannte Vorrichleitung für die gemischten Medien. io tung dient daher in erster Linie zum Bilden eines Eine bekannte Vorrichtung der genannten Art brennbaren Gasgemisches, das außerhalb der Brenn-(französische Patentschrift 1 096 378) ist derart aus- kammer ausbrennen kann. Die Intensität und Homogebildet, daß die Medien nach dem Vermischen ent- genität der Durchmischung in der Brennkammer ist weder axial oder tangential austreten. Dies ermög- daher nicht von gravierender Bedeutung, licht jedoch, daß die sehr nahe an der Innenwand 15 Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe des Gehäuses fließenden und an der Vermischung zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten nicht teilnehmenden Anteile des ersten durch die Art mit geringem Konstruktionsaufwand so weiter-Drallvorrichtung einströmenden Mediums unver- zubilden, daß eine besonders intensive und gleichmischt bzw. unverbrannt aus dem Gehäuse ent- mäßige Durchmischung beliebiger strömungsfähiger weichen können. 20 Medien gewährleistet ist. Dies wird dadurch erreicht, Bei einer weiterhin bekannten Vorrichtung zum daß die Entnahmeleitung radial am Gehäuse ange-Mischen von wenigstens zwei Medien ist das rohr- bracht ist und im wesentlichen gleichen Durchmesser förmige Gehäuse axial justierbar in einem geschlos- wie das Gehäuse aufweist und daß der Übergang senen Außengehäuse angeordnet, das mit der Ent- zwischen Gehäuse und Entnahmeleitung auf Seiten nahmeleitung ausgestattet ist. Im Abstand vom inne- 35 der Drallvorrichtung als Abreißkante ausgebildet ist. ren Ende des rohrförmigen Gehäuses ist koaxial mit Auf Grund dieser Maßnahmen bildet sich bei der diesem eine Düse vorgesehen, durch die ein gas- erfindungsgemäßen Vorrichtung im Strömungsbeförmiges Medium mit hohem Druck einpreßbar ist. reich des in der einen Richtung in das rohrförmige Ein Strömungsregler zwischen der Düse und dem Gehäuse einführbaren Mediums hinter der Drallinneren Ende des rohrförmigen Gehäuses bewirkt 30 vorrichtung ein Nabentotwasser, in das mindestens eine fächerförmige Ausweitung des aus der Düse ein beliebiges strömungsfähiges Medium in entgegenausströmenden Mediums und die Bildung einer gesetzter Richtung einführbar ist. Im Nabentot-Unterdruckzone im Mündungsbereich des inneren wasser herrscht eine heftige Turbulenz, die zu einer Endes des rohrförmigen Gehäuses. Diese Vorrich- besonders intensiven Durchmischung der Medien tung ist daher auf das Vorhandensein mindestens 35 führt. Durch die Abreißkante im Übergangsbereich eines gasförmigen Mediums beschränkt. Da die zwischen Gehäuse und Entnahmeleitung wird be-Förderung des durch das rohrförmige Gehäuse ein- wirkt, daß der fliehkraftbedingt an der Innenwanströmenden Mediums lediglich durch die Diffusor- dung des Gehäuses verlaufende und am Verwirkung des Strömungsreglers erfolgt, findet keine mischungsprozeß noch nicht teilnehmende Strahl Turbulenz im Düsenbereich, sondern lediglich ein 40 von Mediumsanteilen der rechtwinkligen Änderung geradliniges Mitreißen des angesaugten Mediums der Strömungsrichtung nicht folgen kann und abdurch den fächerförmigen Gasstrahl statt. Eine inten- reißt. Hierbei bilden sich sekundäre Wirbel, in denen sive und gleichmäßige Medienvermischung ist somit ein Transport der ursprünglich wandnahen Mediumsnicht erzielbar. Zur Homogenisierung des Medium- anteile auf die Strömungsachse erfolgt, so daß auch gemisches ist weiterhin im Außengehäuse eine 45 diese Mediumsanteile mit dem bereits vorher ent-Expansionskammer vorgesehen, die durch eine Zwi- standenen Gemisch vollkommen durchmischt werschenwand im Außengehäuse gebildet wird. Das den. Dies gewährleistet einen hohen Wirkungsgrad Außengehäuse muß demzufolge mehrteilig sowie mit der Vorrichtung, die trotzdem baulich einfach und druckfesten Verbindungen zwischen den einzelnen einteilig ausbildbar ist, da keinerlei Leitwände im Teilen ausgebildet sein, so daß die Vorrichtung 50 Gehäuse vorgesehen werden müssen, sowohl in bezug auf die Fertigung als auch Wartung Es ist auch zweckmäßig, wenn bei Verwendung einen hohen Aufwand erfordert. zweier gasförmiger Medien der Einlaßöffnung ein Außerdem ist noch eine Vorrichtung (deutsche einen Heißgasstrom als zweites Medium erzeugender Auslegeschrift 1 035 306) zum Mischen von Medien Brenner unmittelbar vorgeschaltet ist. Mittels einer bekannt, welch letztere einem im wesentlichen 55 derartig ausgebildeten Vorrichtung ist Heißgas erzylindrischen sowie beiderseits offenen Gehäuse zeugbar, wobei in wirtschaftlicher Weise eine intenkoaxial und in entgegengesetzten Richtungen zu- sive Erhitzung des kalt in das Gehäuse einströmengeführt werden. Die Zuführung eines der Medien den Mediums gewährleistet ist. erfolgt mit einem leichten Drall, so daß dieses Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Medium das Gehäuse fliehkraftbedingt längs dessen 60 Zeichnung dargestellt. Es zeigt Innenwandung durchströmt und im Zentrum des Fig. 1 eine Miscluingsvorriclitung nach der Er-Eintrittsquerschnitts eine Unterdruckzone aufgebaut findung, die zum Erzeugen von Heißgas dient, in wird. Der Unterdruck bewirkt, daß das mit einem schematischer Schnittdarstellung, Drall einströmende Medium das Gehäuse am gegen- Fig. 2 eine andere Ausführiingsform einer erfinüberliügenden offenen finde nicht verläßt, sondern 65 dtingsgemäßen Vorrichtung ebenfalls /um Erzeugen umgelenkt und mit im Bereich dieses olfenen Endes von Heif3gas in schematischer Darstellung und einströmenden anderen Medien vermischt wird. F i g. 3 eine teilweise Draufsicht auf die Vorrich-Diesü Vorrichtung eignet sich insbesondere für tuiigen nach Fig. 1 und 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Mischen zweier Medien weist einen Rohrkrümmer 1 auf, der rechtwinklig abgeknickt ist. Der Rohrkrümmer 1 besteht aus einem rohrförmigen Gehäuse 2 mit einer Entnahmeleitung 3. Ein erstes Medium wird durch eine stirnseitige Zuführung des Gehäuses 2 axial in Richtung des Pfeiles A eingeführt. Ein zweites Medium strömt ebenfalls axial in das Gehäuse 2 ein, jedoch in entgegengesetzter Richtung, wie in F i g. 1 durch den Pfeil B angedeutet. Im Strömungsweg des ersten Mediums befindet sich eine Drallvorrichtung 4, die dem axial dahinströmenden Medium eine Umfangskomponente verleiht. Das zweite Medium tritt in das Gehäuse 2 durch eine koaxiale Einlaßöffnung 5 ein. Das in der nachfolgend beschriebenen Weise entstehende Gemisch kann aus der Entnahmeleitung 3 entnommen werden. Hinter der Drallvorrichtung 4 bildet sich im Gehäuse 2 eine Strömungszone 7 aus, die man als Nabentotwasser bezeichnet. In dem Nabentotwasser ao findet eine teilweise Rückströmung des ersten Mediums entgegen der Fließrichtung A statt. Infolge

0! der Anordnung der Einlaßöffnung 5 im Bereich der Achse 6 des Gehäuses 2 strömt das zweite Medium in das Nabentotwasser ein. Es unterstützt dadurch die Rückströmung des ersten Mediums und reißt einen großen Teil des in Richtung A fließenden Mediums aus den wandnäheren Bereichen nach innen, so daß im Nabentotwasser 7 bereits ein erheblicher Teil des ersten Mediums mit dem zweiten Medium durchmischt wird. Die sich einstellenden Strömungsverhältnisse sind in Fig. 1 durch¹ Pfeile schematisch angedeutet. An der Durchmischung nehmen lediglich die sehr nahe an der Innenwand des Rohrkrümmers 1 fließenden Anteile des ersten Mediums nicht teil. Diese wandnahen Anteile des ersten Mediums vermögen jedoch dem scharfen Knick des Rohrkrümmers 1 nicht zu folgen, dessen Entnahmeleitung 3 radial am Gehäuse 2 angeordnet und etwa mit dessen Durchmesser ausgebildet ist.

Dadurch entsteht im Übergang zwischen dem Gehäuse 2 und der Entnahmeleitung 3 eine Abreißkante 8, an der die wandnahe Strömung des ersten

j 7, Mediums abreißt. In der Entnahmeleitung 3 treten dadurch sogenannte Sekundärwirbel auf, wie sie in F i g. 3 durch die Pfeile C angedeutet sind. In den Sekundärwirbeln erfolgt ein Transport der ursprünglich wandnahen Strömungsanteile auf die Strömungsachse zu, so daß der Rest des ersten Mediums mit dem vorher im Nabentotwasser 7 entstandenen Gemisch der beiden Medien vollkommen durchmischt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist die Drallvorrichtung 4 als Axialgebläse 9 ausgebildet, was den Vorteil hat, daß durch die Drallvorrichtung zugleich das erste Medium gefördert werden kann. Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 1 lediglich dadurch, daß die Drallvorrichtung 4 ein im Gehäuse 2 angeordnetes Axialgitter 10 ist, das dem ersten Medium eine Umfangskomponente erteilt. Die Vorrichtung wird dadurch besonders einfach im Aufbau. Die übrigen Teile der Vorrichtung stimmen mit denjenigen der Vorrichtung nach F i g. 1 überein und sind dementsprechend mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auch die Strömungsverhältnisse sind die gleichen.

Die in F i g. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen dienen zum Erzeugen von Heißgas. Das erste Medium ist daher kalte Luft oder ein anderes verhältnismäßig kaltes Gas, während das zweite Medium aus den heißen Abgasen eines Brenners 11 besteht. Der Brenner 11 ist zweckmäßig koaxial zum Gehäuse 2 am Rohrkrümmer 1 angeordnet und auf die Einlaßöffnung 12 zu gerichtet. Um eine besonders intensive Durchmischung und starke Erhitzung der Gase zu erhalten, werden zweckmäßigerweise solche Brenner verwendet, bei denen ein Teil der Verbrennung bereits im Brennerinneren 13 stattfindet. Den Brennern 11 wird hierzu der Brennstoff bei 14 und die Luft bei 15 zugeführt, und der Brennraum erweitert sich vorteilhafterweise zunächst konisch in Richtung auf die Einlaßöffnung 5 des Brenners. An den Brennerinnenraum 13 schließt sich dann eine Beschleunigungsdüse 16 an, die den heißen Abgasen eine besonders große Geschwindigkeit verleiht. Die vom Brenner 11 ausgehenden Flammgase brennen im Bereich des Nabentotwassers 7 aus, so daß eine intensive Erhitzung auch der bei 12 eintretenden kalten Gase stattfindet. Um das Axialgebläse 9 vor den heißen Flammgasen zu schützen, ist zweckmäßig ein Schild 17 vorgesehen.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeichneten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere könnte an Stelle eines Rohrkrümmers auch ein solcher mit einer scharfen stetigen Krümmung verwendet werden, wobei lediglich sichergestellt sein muß, daß die wandnahe Strömung an einer Abreißkante des Krümmers abreißt. Ferner kann die Vorrichtung zum Mischen von strömungsfähigen Medien beliebiger Art verwendet werden. Beispielsweise können an Stelle gasförmiger Medien auch flüssige Medien miteinander oder gasförmige und flüssige Medien gemischt werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Mischen von mindestens zwei strömungsfähigen Medien, bestehend aus einem rohrförmigen Gehäuse mit einer stirnseitigen Zuführung und einer Drallvorrichtung für ein Medium, mit einer an der gegenüberliegenden Stirnseite des Gehäuses vorgesehenen koaxial zu dieser wirkenden Einlaßöffnung für ein weiteres Medium und mit einer in einer zur Gehäuseachse senkrechten Ebene verlaufenden Entnahmeleitung für die gemischten Medien, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeleitung (3) radial am Gehäuse (2) angebracht ist und im wesentlichen gleichen Durchmesser wie das Gehäuse aufweist und daß der Übergang zwischen Gehäuse und Entnahmeleitung auf Seiten der Drallvorrichtung (4) als Abreißkante (8) ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung zweier gasförmiger Medien der Einlaßöffnung (5) ein einen Heißgasstrom als zweites Medium erzeugender Brenner (11) unmittelbar vorgeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen